JP2005066245A - 電動車椅子用のクラッチ機構およびクラッチ操作機構 - Google Patents

Abstract

【課題】安価な手段で、介護者が操作し易く、安全対策が施された電動車椅子を実現する。
【解決手段】駆動モータ側に第１の歯車を、駆動車輪側に第２の歯車を設け、両歯車の回転軸間の距離を離したり近づけたりすることにより、駆動モータと駆動車輪間の動力を断続させる簡単なクラッチ機構を実現し、また、両歯車の回転軸間の距離をリンク機構等により変化させ、このリンク機構に連動するレバーを電動車椅子の一部に設け、そのレバーを介護者が足の力により簡易に操作できるようにした。
【選択図】図２

Description

発明の詳細な説明

本発明はジョイスティックにより操作される電動車椅子に関し、特に室内で利用され、安全性が考慮され、操作性の良い電動車椅子に関する。

超高齢者社会を向かえつつある現在、高齢者が生活し易い環境を整えることが重要な社会的課題である。一口に高齢者と言っても、寝たきりの痴呆老人から、若者と変わらない元気老人まで様々であるが、現在位置から多少離れた目的位置まで歩行して移動することが困難な高齢者が数多く存在する。このような高齢者用として車椅子がよく使用されるが、大別して人力で動かすタイプと電動タイプがあり、後者は前者に比較して概して高価であるが、その利便性から次第に普及しつつある。電動タイプには、ジョイスティックで操作するタイプや自動車のようなハンドルで操作するタイプ等様々であるが、高齢者が自ら運転する電動車椅子としてはジョイスティックで操作するタイプが一般的である。

この種のタイプの電動車椅子を室内用電動車椅子として、老人健康保険施設等で使用する場合を考える。そこでは、主としてベットと食卓等の往復等に利用されるが、安全性、操縦性や小型であることが必要とされる他、介護する側の操作性の良さが要求される。すなわち、電動車椅子がその利用者に正常な状態で正常に運転される場合は問題ないが、利用者が一時的に運転不能な状態になった場合や電動車椅子が電池切れ等で運転不能になった場合、介護者が人力で電動車椅子を移動する必要が生じ、その際介護者が操作し易い車椅子が必要とされる。

このような状況を考えた場合、電動車椅子にはクラッチ機構が必要になる。すなわち、モータの動力で電動車椅子を動かすためにはモータと電動車椅子の駆動車輪との間を機械的に結合する必要があるが、人力で電動車椅子を動かそうとすると逆にモータまで動かさねばならず、それが非常に大きな抵抗力となり、動かし難いものとなる。そこで、駆動車輪と駆動モータの間にクラッチ機構を設け、そこで機構的に駆動モータと駆動車輪を係合、解除する必要が生ずる。当然、人力で動かす場合はクラッチ機構を解除し、駆動モータを動かす負荷を無くして移動し易い状態とする。

この種のクラッチ機構の代表的な例として、駆動モータから駆動車輪へ動力を伝達する歯車列の一部にドッグ部を設け、ドッグ部の解除あるいは離脱、係合により動力を断続させるクラッチ機構を実現し、このクラッチ機構を操作するための電動車椅子のクラッチ操作機構において、クラッチ機構を操作ワイヤを介して介護者用の手押しハンドル部のレバーに接続し、このレバーを握るとクラッチ機構を解除する一方、離すとクラッチ手段を自動的に係合させる技術が開示されている（特許文献１参照）。

特開平６−２９４７７７号公報公報

しかし、駆動モータと駆動車輪間の動力を断続させるクラッチ機構を人の手の力で、しかもワイヤを介して操作するためには、複雑な機構が必要となり、従って高価な電動車いすになる欠点が生ずる。

発明が解決しようとする課題

簡単な機構で、従って安価で、介護者側にとって負担の少ない、操作性の良い電動車椅子を実現することが、本発明の課題である。

課題を解決するための手段

駆動モータ側に第１の歯車を、駆動車輪側に第２の歯車を設け、両歯車の回転軸間の距離を離したり近づけたりすることにより、駆動モータと駆動車輪間の動力を断続させる簡単なクラッチ機構を実現した。また、両歯車の回転軸間の距離をリンク機構等により変化させる機構を付加し、このリンク機構に連動するレバーを介護者が足の力により簡易に操作できるようにした。

以下本発明を実施形態により説明する。図１は、本発明を電動車椅子に適用した場合の斜視図である。着座部１はほぼ水平面に平行の着座面３と背中を支える背凭れ部５からなるプラスチック製一体成型品である。着座部１はフレーム７で支持され、フレーム７は底板９を介して、その前部を前輪である自在キャスター１１で左右を、またその後部を駆動車輪１３で左右を支持され、移動可能になっている。フレーム７の基本構造は、左右に配置された２枚の金属等の板を複数のステム１５で固定した構造体である。フレーム７の上部に固定された固定具（図示されず）を介して着座部１はフレーム７に固定される。また、底板９の前部には、フットレスト１７が不使用時には収納可能となるように設置されている。

また、着座部１の片側にはフレーム７にその基部を支持されるアームレスト１９があり、着座部１の背凭れ部５の後部には、介護人がこの車椅子を押すための押し棒２１がある。ここで説明している電動車椅子は、電動のため普段はこの押し棒２１は必要ないが、電動機能が故障等した場合に、この押し棒２１を介護人は押して車椅子を移動する。

また、アームレスト１９の前部にはジョイスティック２３があり、この電動車椅子を利用する利用者はこのジョイスティック２３により、前進、後進の速度制御および左右への操舵を行うことが出来る。ここで指令された出力は、モータ駆動制御部（図示されず）を経て、駆動モータ２５を動かし、駆動車輪１３を駆動する。

図２は、駆動モータ２５と駆動車輪１３の関係を詳細に説明するための図であり、図１で示される電動車椅子を後ろ側より見た図である。駆動モータ２５は左右に配置されており、そこから出力される動力はそれぞれのギアボックス５１を経て第１の歯車５３に伝達される。ギアボックス５１は、駆動モータ２５の回転速度を減速しトルクを増す役目である。第２の歯車５４は駆動車輪１３と同軸上に配置されており、駆動モータ２５の動力は、第１の歯車５３、第２の歯車５４を経て駆動車輪１３へと伝達される。なお、同図では、第１の歯車５３および第２の歯車は、いずれも略式的に円柱状態で描かれており、歯型は示されていない。

左右に配置される駆動モータ２５は、それぞれのギアボックス５１を介して、複数本のステム５５で固定されており、その複数本のステム５５の内の上部の２本は、２枚のモータ保持板５７で保持されている。２枚のモータ保持板５７は、底板９に軸受け部（図示されず）が固定される軸５９に回転自由となるように支持されており、従って左右の駆動モータ２５、左右のギアボックス５１および左右の第１の歯車５３等よりなる駆動モータ組６１は軸５９を中心に回転自由となるように構成されている。すなわち第１の歯車と第２の歯車の回転軸の軸間距離が変えられるように構成されているため、駆動モータの動力がそこで断続できる機構、すなわちクラッチ機能が実現できているわけである。

両歯車の軸間距離の変化は連結部材６３によってなされる。その詳細は図３〜図５に示される。図３は、図２で示される連結部材６３を抜き出したものである。連結部材６３は左右の駆動モータ２５を固定する複数本の内のステム５５Ａと軸６７の軸間距離を変化させる。軸６７は駆動車輪１３を支持する左右の支持板６５の内側２枚でその両端が固定されている（図２参照）。ステム５５は角材でも良いが後述の理由により、ステム５５Ａは丸棒で作られていることが望ましい。連結部材６３は、第１の板７３と第２の板７５よりなり、第１の板７３には第１のレバーが、第２の板７５には第２のレバーが設けられている。また、第１の板は軸６７を中心に回転するように、第２の板７５はステ厶５５Ａを回転中心として回転可能に構成されている。

第１の板７３の上部外縁には２つの軸位置安定部６９，７１である円弧部分があり、該円弧部分の曲率半径はステム５５Ａの外周の曲率半径と同じかやや大き目の曲率半径を有している。図３はステム５５Ａが第１の軸位置安定部６９にある場合を示しており、この場合第１の歯車と第２の歯車は正しい位置関係でかみ合っている（図２参照）。さて、第１のレバー７７を足裏等で押下すると、第１の板は軸６７を中心に回転しようとする。この場合、第１の軸位置安定部６９と第２の軸位置安定部７１をつなぐ斜面８１に沿ってステム５５Ａを持ち上げ、ステム５５Ａが第２の軸位置安定部７１にはまり込むと、足による押下力を除いても、その位置で保持される。この状態が図４に示される。この状態では、第１の歯車と第２の歯車は完全に離れ、動力は伝達できない。

ステム５５Ａと軸６７の間にはばね８３（図２に示されるが図３〜図５では省略されている）により、互いに引き合うような予圧力が加えられており、駆動モータ組６１の自重の一部とともに第１の歯車と第２の歯車間の押し付け力として作用し、これにより回転力は伝達される。しかし、足による押下力は十分大きいので、この第１の歯車と第２の歯車間の押し付け力に簡単に打ち勝ち、ステム５５Ａを第１の軸位置安定部６９から第２の軸位置安定部７１に移動できるわけである。

次に、図４、図５でステム５５Ａを第２の軸位置安定部７１から第１の軸位置安定部６９に戻す場合を説明する。第１のレバーを逆に足の甲あるいは手を使って持ち上げても可能であるが、靴の表面が傷んだり、手で持ち上げるためにかかんだりする余分な動作が必要になる。

これらの欠点を解消するために、第２のレバー７９をつけた第２の板７５を利用する。図５は説明を容易にするために、図４で示される第１の板と第２の板をステム５５Ａの軸方向に離して描いた説明図である。第１の板の中間部には円柱状の突起８５が設けられており、この突起８５の先端部は第２の板の中間部にあけられた長穴状の溝８７にはまり込んでいる。突起８５が溝８７の長手方向に滑らかに移動できるように、両者の形状は決められている。

さて、図４あるいは図５において、第２のレバーを押下すると、第２の板はステム５５Ａの周りに回転しようとする。この時突起８５は溝８７の側面より力を受けるため、第１の板７３は軸６７回りの回転力を受けることになり、ステム５５Ａは第２の軸位置安定部７１から第１の軸位置安定部６９に移動する。

図６、図７は、クラッチ操作機構の別の実施例である。ここでは、この説明に必要な部分のみを表現し、他の部品は表示を省略している。第１の歯車と第２の歯車の軸間距離、すなわちステム５５Ａと軸６７の軸間距離は、第３の板８９によって変えられる。第３の板８９は図３に示される第１の板と同様な形状であるが、第１のレバー７７の代わりに、突き出し部９１が設けられており、更にその突き出し部９１の先端部には円柱状の突起９３が、棒状ステム５５Ａの軸方向と同じ方向に出ている。また、底板９の最後端には本電動車椅子の幅方向とほぼ等しい長さの軸９５がその軸回りに回転自由となるように設けられており、その中央部分には第４の板９７が溶接等の手段により相互に固着させられている。第４の板９７の中央部分には長穴状の溝９９があけられており、突起９３がその中を長手方向に滑らかに移動できるようになっている。また、軸９５の端には第１のレバー７７が設けられている。なお、レバー７７は底板９の一番端で、フレーム７（図６、図７では示されず）の外側に設けられていることが望ましい。

図６は、第１の歯車と第２の歯車がかみ合っている、すなわち棒状のステム５５Ａが第３の板８９の第１の軸位置安定部６９にある場合を示している。この状態で第１のレバー７７を押下すると第４の板９７は矢印１０１の方向に回転し、溝９９の側面で突起９３を押すため第３の板は矢印１０３の方向に回転し、棒状のステム５５Ａは第１の軸位置安定部６９より、第２の軸位置安定部７１へ移動する。

図７は、棒状のステム５５Ａが第２の軸位置安定部７１にあり、第１の歯車と第２の歯車が完全に離れている状態を示している。さて、元の位置に戻すためには、第１のレバー７７を持ち上げてもよいが、簡易に行うために第２のレバー７９を押下すればよい。すなわち第２のレバー７９を押下することにより、第１のレバー７７が持ち上がるからである。

以上説明したように、連結部材６３は、モータ組６１の一部と底板９の一部に固定された軸６１等の部品の間に設けられており、その外縁には２つの軸位置安定部が形成されている。その一つにおいては第１の歯車５３と第２の歯車５４がかみ合い、動力を伝達し合う軸間距離を保持し、他の一つにおいては第１の歯車５３と第２の歯車５４が完全に離れ、動力を伝達できない状態の軸間距離を保持する役目である。この役目を果たす機能が実現できれば、ここで説明した形状に限定されず、軸位置安定部は外縁ではなく、長穴状に形成された溝等でもまた、他のリンク機構であってもよい。

以上、クラッチ操作機構の２つの実施例を説明した。いずれも第１のレバー７７を押下することによりクラッチ機構は解除され、第２のレバー７９を押下することによりクラッチ機構は係合される。この操作機構は、介護者にとって簡単な足踏み動作のみで実施できる利点がある。しかし、既に説明したように、第１のレバーのみでもクラッチは操作できるので、多少の操作の不便さが我慢でき、安価の方がよい場合はそちらを採用すればよい。

また、以上の説明では、駆動モータとそれに組み合わさったギアボックスの先端に第１の歯車を設けた場合で説明したが、この構成に限定されることなく、駆動モータの出力軸に直接第１の歯車を設けても良い。請求項では両者の場合を含めている。すなわちそこで表現される駆動源とは、駆動モータ単独でも、あるいは駆動モータとギアボックス更に歯車列を含めた場合であってもよい。また、駆駆動車輪と第２の歯車は同軸上に配置されるとしたが、必ずしも同軸上になくてもよい。しかし、この場合には駆動車輪に動力を伝達する別の機構が必要となるため、複雑化する恐れがある。

また、以上の説明では、第１のレバーと第２レバーを電動車椅子の後部あるいは右側面に配置した場合で説明したが、左側面に配置してもよいし、両側面に配置しておいてもよい。両側面への配置は介護者にとって、利用者の面倒を看ながらとっさに操作できる利点がある。また、それらの構造はこれまでの説明および図より容易に類推可能であるのでここでは省略する。

以上説明した連結部材においては、第１の板に突起を設け、第２の板に溝を設けた場合で説明したが、逆にしてもよいことは言うまでもない。また、以上説明したクラッチ操作機構はリンク機構やカム機構の応用であるが、これらに限定されることなく、ワイヤーやベルトを用いて軸間距離を変えても差し支えない。

また、以上の説明では、本発明を４つの車輪で移動する電動車椅子に適用した場合で説明したが、これに限定されるものでなく、３つの車輪、あるいは４つ以上の車輪で移動する車椅子に適用してもよいことは言うまでもない。

また、着座部１は、プラスティック製の一体成形品、フレームは板とステム構造からなると説明したが、これに限定されるものではなく、市販の車椅子あるいは電動車椅子によく見かけるパイプと布張り構造等であっても一向に差し支えない。

また、以上の説明では、着座部１の背凭れ部５の上部に押し棒２１を配置した場合で説明したが、これに限定されるものではなく、押し棒を省いても差し支えない。すなわち、介護者が電動車椅子を押す必要が生じた場合には、直接背凭れ部を押しても良いわけである。

発明の効果

以上説明したように、本発明におけるクラッチ機構は、第１の歯車の回転軸と第２の歯車の回転軸の軸間距離を相対的に移動可能とした簡単な機構としたため、安価に実現、また保守が簡単になる利点がある。また、クラッチ操作機構は、クラッチ機構に連結部材を介して接続され、前記連結部材と連動する第１のレバーが押下されるとクラッチ機構が解除され、第２のレバーが押下されると前記クラッチ機構が係合されるように構成され、両者のレバーは電動車椅子の後部あるいは側面に配置されているため、介護者にとって足で操作できる等、操作性がよく、また逆に利用者は操作出来ない位置に配置されているため安全性が高い効果がある。

本発明を適用した電動車椅子の斜視図 本発明の電動車椅子のクラッチ機構およびクラッチ操作機構を示す図 本発明の電動車椅子のクラッチ操作機構を説明するための図 本発明の電動車椅子のクラッチ操作機構を説明するための図 本発明の電動車椅子のクラッチ操作機構を説明するための図 本発明の電動車椅子のクラッチ操作機構の他の実施例を示す図 本発明の電動車椅子のクラッチ操作機構の他の実施例を示す図

符号の説明

１ 着座部
３ 着座面
５ 背凭れ部
７ フレーム
９ 底板
１１ 自在キャスター
１３ 駆動車輪
１５ ステム
１７ フットレスト
１９ アームレスト
２１ 押し棒
２３ ジョイスティック
２５ 駆動モータ
５１ ギアボックス
５１ ギアボックス
５３ 第１の歯車
５４ 第２の歯車
５５ ステム
５５Ａ 棒状のステム
５７ モータ保持板
５９ 軸
６１ 駆動モータ組
６３ 連結部材
６５ 支持板
６７ 軸
６９ 第１の軸位置安定部
７１ 第２の軸位置安定部
７３ 第１の板
７５ 第２の板
７７ 第１のレバー
７９ 第２のレバー
８１ 斜面
８３ ばね
８５ 突起
８７ 溝
８９ 第３の板
９１ 突き出し部
９３ 突起
９５ 軸
９７ 第４の板
９９ 溝
１０１ 矢印
１０３ 矢印

Claims (2)

1. 駆動モータから駆動車輪へ伝わる動力を断続させる電動車椅子用のクラッチ機構およびそれを操作するためのクラッチ操作機構において、
   前記クラッチ機構は、一対の駆動源と一対の第１の歯車からなる駆動モータ組を前記電動車椅子のフレームに対して回転自由に設けるとともに、前記電動車椅子の左右の駆動車輪と同軸に第２の歯車を設け、前記第１の歯車の回転軸と前記第２の歯車の回転軸の軸間距離を相対的に移動可能としたクラッチ機構であって、
   前記クラッチ操作機構は、前記クラッチ機構に連結部材を介して接続され、前記連結部材と連動する第１のレバーが押下されると前記クラッチ機構が解除される一方、前記第１のレバーが持ち上げられるかあるいは第２のレバーが押下されると前記クラッチ機構が係合されるように構成され、前記車椅子の一部に設けられていることを特徴とする電動車椅子用のクラッチ機構およびクラッチ操作機構
2. 前記連結部材は、前記モータ組の一部と前記電動車椅子のフレームに固定された部品の間に設けられ、その外縁には２つの軸位置安定部が形成されており、前記軸位置安定部の一つは前記第１の歯車と前記第２の歯車がかみ合う軸間距離を保持し、前記軸位置安定部の他の一つは前記第１の歯車と前記第２の歯車が完全に離れた状態の軸間距離を保持することを特徴とする請求項１に記載の電動車椅子用のクラッチ機構およびクラッチ操作機構

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